JPS6221776A - アルミナセラミツクスの強化方法 - Google Patents
アルミナセラミツクスの強化方法Info
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- JPS6221776A JPS6221776A JP60161701A JP16170185A JPS6221776A JP S6221776 A JPS6221776 A JP S6221776A JP 60161701 A JP60161701 A JP 60161701A JP 16170185 A JP16170185 A JP 16170185A JP S6221776 A JPS6221776 A JP S6221776A
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- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 39
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、アルミナセラミックスの強化方法、更に詳し
くはアルミナセラミックスの表面層にムライトを生成さ
せて、アルミナセラミックスを強化する方法に関するも
のである。
くはアルミナセラミックスの表面層にムライトを生成さ
せて、アルミナセラミックスを強化する方法に関するも
のである。
近年、機械部品や構造材等に耐熱性、耐腐食性、強度、
硬度などの特性が優れたセラミックスが使用されて９る
。このようなセラミックスとしては例えば窒化珪素、炭
化珪素、アルミナなどが挙げられる。上記セラミックス
を用いて単純な形状の部品を製造する場合には、これら
のセラミックスの性質は、おおむね満足すべきものであ
る。例えば窒化珪素焼結体の強度は、単純な形状ではＩ
Ｇｐａあるいはそれ以上である。
硬度などの特性が優れたセラミックスが使用されて９る
。このようなセラミックスとしては例えば窒化珪素、炭
化珪素、アルミナなどが挙げられる。上記セラミックス
を用いて単純な形状の部品を製造する場合には、これら
のセラミックスの性質は、おおむね満足すべきものであ
る。例えば窒化珪素焼結体の強度は、単純な形状ではＩ
Ｇｐａあるいはそれ以上である。
しかしながら実際に使用される機械部品は、複雑な形状
をしておシ、局部的に強度の弱い部分を生じる。そのた
めこの部分がセラミックス部品の性能を限定してしまう
。このような局部の強化は、機械部品の設計および機械
部品の製造プロセスの改良、セラミックス成分の組成の
最適化などによりて行なわれるが、必ずしも十分である
とは云えない。
をしておシ、局部的に強度の弱い部分を生じる。そのた
めこの部分がセラミックス部品の性能を限定してしまう
。このような局部の強化は、機械部品の設計および機械
部品の製造プロセスの改良、セラミックス成分の組成の
最適化などによりて行なわれるが、必ずしも十分である
とは云えない。
そこで、発明者らはセラミックス体にイオンを打込んで
、セラミックスの表面を改質することくよシ、セラミッ
クスを強化出来れば、セラミックス体を局所的に強化す
る技術を与えることが出来るのではなφかと考え、種々
の研究を進め丸。
、セラミックスの表面を改質することくよシ、セラミッ
クスを強化出来れば、セラミックス体を局所的に強化す
る技術を与えることが出来るのではなφかと考え、種々
の研究を進め丸。
その結果、本発明を為すに至りな。
本発明の目的は、アルミナセラミックスの局所的強化方
法を提供することにある。
法を提供することにある。
スナわち本発明のアルミナセラミックスの強化方法は、
アルミナセラミックスの表面に珪素（Ｓｉ）原子を注入
した後、該アルミナセラミックスを加熱することを特徴
とする。
アルミナセラミックスの表面に珪素（Ｓｉ）原子を注入
した後、該アルミナセラミックスを加熱することを特徴
とする。
本発明によれば、アルミナセラミックス（以下単にアル
ミナという）の表面に微細なムライト結晶を生成させる
ことによシ、表面粗度を変えることなく該アルミナの機
械的強度を向上させることが出来る。
ミナという）の表面に微細なムライト結晶を生成させる
ことによシ、表面粗度を変えることなく該アルミナの機
械的強度を向上させることが出来る。
本発明に用いるアルはすは、従来から一般に使用されて
いるものを用いることができる。例えば酸化アルミニウ
ム（Ａ Ｌｘ Ｏｓ ）粉末を、少量のＳｊＯ，、Ｃａ
ｂ、 ＭｇＯ，Ｂａ峙ｔ７）副成分とともに混練し、そ
れを所望形状に成形し、これを１６００〜１７５０℃の
温度で焼結したものが挙けられる。
いるものを用いることができる。例えば酸化アルミニウ
ム（Ａ Ｌｘ Ｏｓ ）粉末を、少量のＳｊＯ，、Ｃａ
ｂ、 ＭｇＯ，Ｂａ峙ｔ７）副成分とともに混練し、そ
れを所望形状に成形し、これを１６００〜１７５０℃の
温度で焼結したものが挙けられる。
また、ＡＬｘ Ｏｓの単結晶でもよい。
セラミックス体の表面はＳｉ原子の打込みに先立って、
α８Ｓ穆度に研摩し、さらにアセトン等の有機溶媒で洗
浄しておくのがよい。そうして、セラミックス体の所望
の位置にＳｉ原子を打込む。Ｓｉ原子の打込みは、−酸
化珪素（Ｓｉ０）と珪素（Ｓｉ）の混合物を加熱してえ
たＳｉＯ蒸気をプラズマ中でイオン化してＳｔ イオ
ンとした後、加速管中で加速して高エネルギーイオンと
したものを打込むことにより行う。
α８Ｓ穆度に研摩し、さらにアセトン等の有機溶媒で洗
浄しておくのがよい。そうして、セラミックス体の所望
の位置にＳｉ原子を打込む。Ｓｉ原子の打込みは、−酸
化珪素（Ｓｉ０）と珪素（Ｓｉ）の混合物を加熱してえ
たＳｉＯ蒸気をプラズマ中でイオン化してＳｔ イオ
ンとした後、加速管中で加速して高エネルギーイオンと
したものを打込むことにより行う。
加速器としては、具体的にはコツククロフト減、バンデ
グ２−フｍ線形加速器、サイクロトロン等を使用するこ
とができる。
グ２−フｍ線形加速器、サイクロトロン等を使用するこ
とができる。
Ｓｉイオンの照射量がＩ Ｘ Ｉ Ｑ”イオン／ｃ１１
よυ少いと、イオン照射後加熱処理をほどこしても、ア
ルミナセラミックス体の強化の効果が少い。
よυ少いと、イオン照射後加熱処理をほどこしても、ア
ルミナセラミックス体の強化の効果が少い。
また反対に、８ｉイオン照射量を５Ｘ１０”イオン／−
以上としても、イオン照射量を多くした効果は少い。そ
してイオン照射量をこれ以上多くすることは経済的にも
不利である。
以上としても、イオン照射量を多くした効果は少い。そ
してイオン照射量をこれ以上多くすることは経済的にも
不利である。
−それ故、８ｉ原子の打込量はＩ Ｘ ’Ｉ Ｏ”−５
Ｘ１０’−イオン／ｃｄとするのがよ％／−ｈ。
Ｘ１０’−イオン／ｃｄとするのがよ％／−ｈ。
Ｓｉイオンの加速エネルギーは、特に限定シナいが３０
ｋｅＶ〜２ＭｅＶの範囲が望ましい。すなわち、通常利
用されるイオン注入器の加速電圧が３０ｋＶ〜５００ｋ
Ｖの範囲であり、バンデグ２−フ加速器の加速電圧が〜
２ＭｅＶ８度であるので上記エネルギー範囲が実用上都
合がよい。
ｋｅＶ〜２ＭｅＶの範囲が望ましい。すなわち、通常利
用されるイオン注入器の加速電圧が３０ｋＶ〜５００ｋ
Ｖの範囲であり、バンデグ２−フ加速器の加速電圧が〜
２ＭｅＶ８度であるので上記エネルギー範囲が実用上都
合がよい。
Ｓｉイオンを照射した後、該アルミナを加熱炉等を用い
て加熱し、アルミナの表面にムライト層を形成する。加
熱は大気中で行なう。生成するムライト結晶は非常に微
細で、アルミナのもとの表面粗度をほとんど変えない。
て加熱し、アルミナの表面にムライト層を形成する。加
熱は大気中で行なう。生成するムライト結晶は非常に微
細で、アルミナのもとの表面粗度をほとんど変えない。
加熱温度は通常の焼結体アルミナを用いる場合は１５０
０〜１５８０℃の範囲がよい。しかし単結晶、および高
純度アルミナの場合は、さらに高温でも良い。
０〜１５８０℃の範囲がよい。しかし単結晶、および高
純度アルミナの場合は、さらに高温でも良い。
すなわち、加熱温度が１３００℃未満の場合には、打込
んだＳｉイオンと酸素およびＡＴＯｓとの反応に長時間
を必要とする。逆に１５８０℃以上にすると、焼結体の
場合にはアルミナ表面にガラス相が形成されるのみで、
アルミナの表面にムライトが形成されず、強度向上が認
められない。単結晶アルミナの場合は１６００℃以上の
高温でも良いが、あまり高温で加熱することは熱経済的
に望ましくない。よって上限は１７００℃が好ましい。
んだＳｉイオンと酸素およびＡＴＯｓとの反応に長時間
を必要とする。逆に１５８０℃以上にすると、焼結体の
場合にはアルミナ表面にガラス相が形成されるのみで、
アルミナの表面にムライトが形成されず、強度向上が認
められない。単結晶アルミナの場合は１６００℃以上の
高温でも良いが、あまり高温で加熱することは熱経済的
に望ましくない。よって上限は１７００℃が好ましい。
アルミナの表面に形成されるムライトは、５Ａｌ、へ・
ｚｓｉｏ＝〜２ Ａ ｔ＊ Ｏｈ・５１０ｍの化学式で
表わされる、いわゆるアルミノ珪酸塩である。また、そ
の熱膨張係数は、瓜ａｘｌ−’／℃程度である以上のよ
うにして、アルミナの表面を処理すると、該アルミナに
曲げ等の荷重を加え九ときアルミナの表面からき裂が発
生しにくくなり、該アルミナの機械的強度が向上する。
ｚｓｉｏ＝〜２ Ａ ｔ＊ Ｏｈ・５１０ｍの化学式で
表わされる、いわゆるアルミノ珪酸塩である。また、そ
の熱膨張係数は、瓜ａｘｌ−’／℃程度である以上のよ
うにして、アルミナの表面を処理すると、該アルミナに
曲げ等の荷重を加え九ときアルミナの表面からき裂が発
生しにくくなり、該アルミナの機械的強度が向上する。
アルミナの機械的強度が向上する機構は明らかではない
が、次のように考えられる。すなわち、Ｓｉイオンを照
射して、大気中で加熱処理を行なうとＳｉと酸素とＡ４
０．が反応してムライトが生成する。その後冷却すると
、アルミナの熱膨張係数は、ムライトのそれよシ大きい
ので。
が、次のように考えられる。すなわち、Ｓｉイオンを照
射して、大気中で加熱処理を行なうとＳｉと酸素とＡ４
０．が反応してムライトが生成する。その後冷却すると
、アルミナの熱膨張係数は、ムライトのそれよシ大きい
ので。
ムライト層に圧縮応力が発生する。その結果、機棹的負
荷、特に表面層に引張応力が発生するような負荷に対し
て亀裂が発生しにくくなるものと考えられる。
荷、特に表面層に引張応力が発生するような負荷に対し
て亀裂が発生しにくくなるものと考えられる。
以下の実施例において本発明を更に詳細に説明する。な
お、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
お、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
。 実施例１：
Ａｌｘ Ｏｓ粉末を焼結して、寸法が５ Ｘ ４ Ｘ
４ Ｑ ｘｇ、 のアルミナ焼結体を得た。該アルミナ
焼結体の表面を、＄６００の研削砥石で研削仕上げし、
その後アセトンを用いて超音波洗浄を行なった。
４ Ｑ ｘｇ、 のアルミナ焼結体を得た。該アルミナ
焼結体の表面を、＄６００の研削砥石で研削仕上げし、
その後アセトンを用いて超音波洗浄を行なった。
このアルεすにＳｉイオンを４００ ｋｅｖ の加速エ
ネルギーで１×１０けイオン／ｃｄ−ｓｘｔｏ１ｍイオ
ン／−照射・注入した。珪素（Ｓｉ）原子の注入後大気
中、１４００℃で２時間の加熱処理を行なった。加熱処
理後、珪素（Ｓｉ）原子注入面に引張応力が作用するよ
うＫして、曲げ強度を測定した。その結果を第１表に示
す。
ネルギーで１×１０けイオン／ｃｄ−ｓｘｔｏ１ｍイオ
ン／−照射・注入した。珪素（Ｓｉ）原子の注入後大気
中、１４００℃で２時間の加熱処理を行なった。加熱処
理後、珪素（Ｓｉ）原子注入面に引張応力が作用するよ
うＫして、曲げ強度を測定した。その結果を第１表に示
す。
第１表 イオン照射量と曲げ強度との関係第１表から明
らかなように、Ｓｉイオンを１×１０１２イオン／ｃｄ
照射するだけでも、約１０９１曲げ強度が増大する。ｌ
Ｘ１０”イオン／−の照射では、２２チ、２ Ｘ １０
’イオン／−の照射では、約４０チ曲げ強度が向上する
。しかし５ Ｘ １０”イオン／−照射しても、２Ｘ１
（ｑｌ−イオン／−の場合と比べそれ程強度は向上しな
いことが判る。
らかなように、Ｓｉイオンを１×１０１２イオン／ｃｄ
照射するだけでも、約１０９１曲げ強度が増大する。ｌ
Ｘ１０”イオン／−の照射では、２２チ、２ Ｘ １０
’イオン／−の照射では、約４０チ曲げ強度が向上する
。しかし５ Ｘ １０”イオン／−照射しても、２Ｘ１
（ｑｌ−イオン／−の場合と比べそれ程強度は向上しな
いことが判る。
実施例２：
実施例１で得たのと同様のアルミナを用意し、実施例１
と同様にＳｉイオンを４０［１に！Ｖの加速エネルギー
でＩ Ｘ １０’イオン／−照射し、その後１３００〜
１６００℃の温度範囲で加熱温度を変化させて２時間加
熱処理を行なった。
と同様にＳｉイオンを４０［１に！Ｖの加速エネルギー
でＩ Ｘ １０’イオン／−照射し、その後１３００〜
１６００℃の温度範囲で加熱温度を変化させて２時間加
熱処理を行なった。
結果を第２表に示す。
第２表 加熱処理温度と曲げ強度との関係第２表に示さ
れるように、１３００℃の加゛熱処理でも強度が向上す
ることが分るが、１４００℃加熱の場合と比較して、そ
の程度は小さい。これは加熱時間が２時間であったため
、反応が十分に進んでいないためと考えられる。また、
１６００℃で加熱すると、未処理の試料と同程度の強度
になる。この温度になると、焼結体に用いた副成分が液
相を形成し、この中にムライト成分を溶かし込むためと
考えられる。
れるように、１３００℃の加゛熱処理でも強度が向上す
ることが分るが、１４００℃加熱の場合と比較して、そ
の程度は小さい。これは加熱時間が２時間であったため
、反応が十分に進んでいないためと考えられる。また、
１６００℃で加熱すると、未処理の試料と同程度の強度
になる。この温度になると、焼結体に用いた副成分が液
相を形成し、この中にムライト成分を溶かし込むためと
考えられる。
実施例５：
単結晶アルミナの０面をカットした厚さ１−の短冊状の
試験片を作製した。試験片の寸法はＩＸ５Ｘ２５ｍｍで
あった。この０面をダイアモンドペーストで鏡面研摩し
、エッヂもＩＣ程度落し、同様にダイアモンドペースト
を用いてパフ仕上げを行なった。この試験片をア七トン
を用いて超音波洗浄した後、２００ｋｅＶの加速エネル
ギーでＳｉイオンをこの鏡面研摩した面に照射した。
試験片を作製した。試験片の寸法はＩＸ５Ｘ２５ｍｍで
あった。この０面をダイアモンドペーストで鏡面研摩し
、エッヂもＩＣ程度落し、同様にダイアモンドペースト
を用いてパフ仕上げを行なった。この試験片をア七トン
を用いて超音波洗浄した後、２００ｋｅＶの加速エネル
ギーでＳｉイオンをこの鏡面研摩した面に照射した。
Ｓｉイオンの照射量は２Ｘ１０”イオン／−であった。
イオン照射後１６００℃で２時間加熱処理を行ない、加
熱処理後３点曲げ強度を測定した。
熱処理後３点曲げ強度を測定した。
イオン照射前の単結晶アルミナの平均強度は９２ｋｇ／
−であったが、イオン照射して熱処理を行なった後の単
結晶アルミナの平均強度は、１１０ｋｇ／−であり、約
２０係の増大が認められた。
−であったが、イオン照射して熱処理を行なった後の単
結晶アルミナの平均強度は、１１０ｋｇ／−であり、約
２０係の増大が認められた。
上述のように本発明のアルミナセラミックスの強化方法
は、アルミナセラミックスの表面ＫＳｉ原子を注入後加
熱処理を行なう方法であるため、任意形状のアル２ナセ
ラミツクスの全体又は一部の強度を簡便迅速に向上させ
ることができ、アルミナセラミックスを用いた部品の性
能や信頼性の向上に効果を奏する。
は、アルミナセラミックスの表面ＫＳｉ原子を注入後加
熱処理を行なう方法であるため、任意形状のアル２ナセ
ラミツクスの全体又は一部の強度を簡便迅速に向上させ
ることができ、アルミナセラミックスを用いた部品の性
能や信頼性の向上に効果を奏する。
Claims (4)
- （１）アルミナセラミックスの表面に珪素（Ｓｉ）原子
を注入した後、該アルミナセラミックスを加熱すること
を特徴とするアルミナセラミックスの強化方法。 - （２）上記珪素（Ｓｉ）原子の注入を、加速した珪素（
Ｓｉ）イオンを照射することによって行うことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のアルミナセラミックス
の強化方法。 - （３）珪素（Ｓｉ）イオンの加速エネルギーが３０ｋｅ
Ｖ〜２ＭｅＶの範囲であり、且つ該珪素（Ｓｉ）イオン
の照射量が１×１０＾１＾７イオン／ｃｍ＾２〜５×１
０＾１＾８イオン／ｃｍ＾２であることを特徴とする特
許請求の範囲第２項記載のアルミナセラミックスの強化
方法。 - （４）上記加熱を１３００〜１７００℃の温度範囲内で
行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のア
ルミナセラミックスの強化方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60161701A JPS6221776A (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | アルミナセラミツクスの強化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60161701A JPS6221776A (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | アルミナセラミツクスの強化方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6221776A true JPS6221776A (ja) | 1987-01-30 |
| JPH0513108B2 JPH0513108B2 (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=15740223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60161701A Granted JPS6221776A (ja) | 1985-07-22 | 1985-07-22 | アルミナセラミツクスの強化方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6221776A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63225574A (ja) * | 1987-03-12 | 1988-09-20 | 東芝タンガロイ株式会社 | 切削工具部材用セラミツクス焼結体及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-07-22 JP JP60161701A patent/JPS6221776A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63225574A (ja) * | 1987-03-12 | 1988-09-20 | 東芝タンガロイ株式会社 | 切削工具部材用セラミツクス焼結体及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0513108B2 (ja) | 1993-02-19 |
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